直流斩波电路.ppt

第3章直流斩波电路直流斩波电路(直流--直流变换器)将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电(不包括直流—交流—直流)直流斩波电路的种类6种基本斩波电路:降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,其中前两种是最基本的电路复合斩波电路——不同基本斩波电路组合多相多重斩波电路——-1降压斩波电路的原理图及波形a)电路图V为该电路全控型器件,若采用晶闸管,需设置使其关断的辅助电路。为在V关断时给负载中的电感电流提供通道,设置了续流二极管VD。斩波电路用途之一是拖动直流电机,也可带蓄电池负载,负载均会出现的反电动势。3当t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升当t=t1时刻控制V关断,负载电流经二极管VD续流,负载电压uo近似为零,负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小,通常串接L值较大的电感。当电路工作于稳定时,负载电流在一个周期的初值和终值相等。tttOOOb)TEuGEtontoffioi1i2I10I20t1uo图3-1降压斩波电路的原理图及波形b)电流连续时的波形4(3-1)(3-2)负载电压平均值为式中,ton为V处于通态的时间;toff为V处于断态的时间;T为开关周期;a为导通占空比(简称占空比或导通比)。降压斩波电路(Buck变换器)输出到负载的电压平均值U0最大为E,若减小占空比a,则U0随之减小。负载电流平均值为5OOOtttTEEc)uGEtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEM图3-1降压斩波电路的原理图及波形c)电流断续时的波形负载中L值较小,则在V关断后,到了t2时刻,负载电流已衰减为零,会出现负载电流断续,由波形可见,负载电压uo平均值会抬高,一般不希望出现电流断续的情况。6斩波电路三种控制方式1)脉冲宽度调制(PWM脉冲调宽型)保持开关周期T不变,调节开关导通时间ton2)频率调制(调平型)保持开关导通时间ton不变,改变开关周期T混合型ton和T都可调,占空比改变V为通态期间,设负载电流为i1,可列出如下方程设此阶段电流初值为I10,=L/R,解上式得(3-3)(3-4)7V处于断态期间,设负载电流为i2,可列出如下方程设此阶段电流初值为I20,解上式得当电流连续时,有I10=i2(t2)I20=i1(t1)V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值,反过来,V进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)8由式(3-4)、(3-6)、(3-7)和(3-8)得出(3-9)(3-10)式中;;将式(3-9)和式(3-10)用泰勒级数近似,可得上式表示了平波电抗器L为无穷大,负载电流完全平直时的负载电流平均值Io,此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。(3-11)9从能量传递关系推导得,由于L为无穷大,故负载电流维持为Io不变,电源只在V处于通态时提供能量,为EI0ton。从负载看,在整个周期T中负载一直在消耗的能量为(RI2T+EMIoT)。一周期中,忽略损耗,则电源提供的能量与负载消耗的能量相等,即o(3-12)(3-13)假设L值无穷大,且负载电流平直,假设电源电流平均值为I1,则有(3-14)10